Fluid-structure interaction of panel in supersonic fluid passage

Fluid-structure interaction of panel in supersonic fluid passage is studied with subcycling and spline interpolation based predict-correct scheme. The passage is formed with two parallel panels, one is rigid and the other is flexible. The interaction between fluid flows and flexible panel is numerically studied, mainly focused on the effect of dynamic pressure and distance between two parallel panels. Subcycling and spline interpolation based predict-correct scheme is utilized to combine the vibration and fluid analysis and to stabilize long-term calculations to get accurate results. It ＇ s demonstrated that the flutter characteristic of flexible panel is more complex with the increase of dynamic pressure and the decrease of distance between two parallel panels. Via analyzing the propagation and reflection of disturbance in passage, it＇ s determined as a main cause of the variations.     

基于H_∞控制和μ控制的二元机翼颤振主动抑制分析

针对二元机翼颤振主动抑制问题,对二元翼段颤振控制律的设计以及风洞实验验证展开了深入研究。首先,基于Theodorsen非定常气动力理论建立了该翼段模型的运动状态方程。其次,基于鲁棒控制理论设计了H_∞控制器和μ控制器,分别与二元翼段气动弹性系统共同组成了机翼颤振主动控制系统。最后,采用数值仿真和风洞实验相结合的方式,对H_∞控制器和μ控制器的颤振控制效果进行了验证。研究结果表明:H_∞控制器和μ控制器都能有效抑制颤振的发生,可将机翼颤振临界速度由15.45 m/s提高到27 m/s以上。且μ控制器在颤振主动抑制中的颤振抑制收敛时间更短,颤振抑制风速上限更高,具有更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

近似流线箱型断面桥梁颤振影响因素研究

对于大跨桥梁广泛采用的近似流线箱型桥梁截面,采用通过激励-反馈机制使得弯扭耦合颤振方程解耦的独立方程,进行外界因素(截面形式、攻角、栏杆以及紊流)对颤振影响机理的分析,能快捷有效地判断外界因素对颤振特性以及临界风速的影响.本文通过风洞试验实测数据,验证了分析的正确性,对实际工程的设计具有一定的参考意义.     

Time-domain and frequency-domain approaches to identification of bridge flutter derivatives

Flutter derivatives are essential for flutter analysis of long-span bridges, and they are generally identified from the vibration testing data of a sectional model suspended in a wind tunnel. Making use of the forced vibration testing data of three sectional models, namely, a thin-plate model, a nearly streamlined model, and a bluff-body model, a comparative study was made to identify the flutter derivatives of each model by using a time-domain method and a frequency-domain method. It was shown that all the flutter derivatives of the thin-plate model identified with the frequency-domain method and time-domain method, respectively, agree very well. Moreover, some of the flutter derivatives of each of the other two models identified with the two methods deviate to some extent. More precisely, the frequency-domain method usually results in smooth curves of the flutter derivatives. The formulation of time-domain method makes the identification results of flutter derivatives relatively sensitive to the signal phase lag between vibration state vector and aerodynamic forces and also prone to be disturbed by noise and nonlinearity.     

边界松驰对壁板颤振响应的影响分析

基于一阶活塞气动力理论,根据Von Karman大变形应变-位移关系并用伽辽金方法建立了壁板颤振方程,分析边界松驰,面内力及壁板几何尺寸对壁板颤振响应特性的影响。结果表明:随边界约束的松驰,颤振临界动压减小,系统的静态稳定性降低,而屈曲和混沌运动的可能性增大;即使来流动压小于初始边界条件颤振临界动压,随边界的松驰,壁板可能产生极限环振动或混沌振动;较大轴力压力和较小的长宽比不利于壁板的稳定。     

大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计新方法

针对大展弦比机翼水平弯曲模态参与耦合颤振问题,首先用考虑几何非线性的颤振分析方法研究了某大展弦比机翼的颤振特性,结果表明水平一弯模态参与耦合降低了机翼传统模式的线性颤振速度;然后研究了复合材料的铺层主刚度方向角对机翼非线性振动特性和颤振特性的影响规律,提出了大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计的新方法.结果表明主刚度方向角的变化主要引起了水平一弯模态振型的改变,一般表现为主刚度方向角从机翼后梁向后缘偏转,该阶模态的相对扭转振型节线位置向前缘移动;反之,该节线位置后移.进一步非线性颤振分析,发现水平一弯模态振型的变化引起了该阶模态参与耦合颤振速度的明显改变,主要表现为该颤振型的颤振速度随该阶模态的相对扭转振型节线位置前移量的增加而增大.通过两个算例验证了结论的正确性.     

基于压电作动器/传感器的升力面颤振主动抑制

利用压电材料的正压电效应与逆压电效应对悬臂板结构复合材料机翼进行观测与颤振抑制.采用不同的压电材料分别作为作动器与传感器,建立了含有压电层的复合材料层合板的有限元模型,采用偶极子网格法(DLM)计算升力面的亚音速非定常空气动力,用Roger近似法对频域空气动力进行有理化近似,在此基础上建立了力-电-气动耦合系统的控制方程.针对多输入多输出(MIMO)系统,设计LQG最优控制律,对比系统的开、闭环颤振特性.应用Runge-Kutta法求解系统的时域动响应,数值仿真验证了该方法对颤振抑制的有效性.     

机翼-机身-尾翼结构的跨音速颤振分析研究

利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格，以Navier-Stokes方程为控制方程，求解机翼-机身-尾翼结构的跨音速非定常气动力，并与颤振方程耦合迭代计算，求解飞行器广义位移响应的时间历程，根据广义位移的时间历程的衰减、等幅和发散振荡等情况确定飞行器跨音速颤振临界条件。为了提高计算效率，研制了以多台微机组成的分布式计算系统。开发了颤振分析并行软件。经算例验证，计算结果与实验结果和理论分析相吻合。     

桥梁颤振导数自由振动识别的分段扩阶最小二乘迭代算法

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上，给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法（SEO-ILS法）。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别：先直接识别出系统矩阵，在识别出二自由度节段模型各不同风速下的等效刚度和等效阻尼矩阵后，即可同时提取8个颤振导数。风洞试验表明，文中方法有效可行。     

平行双箱梁桥面颤振稳定性试验研究

在建的佛山平胜大桥和设计中的青岛海湾桥红岛航道桥方案分别是具有平行双箱梁的独塔自锚式悬索桥和独塔斜拉桥，对两座桥梁的单、双桥面弹性悬挂节段模型风洞试验结果表明双桥面之间存在不可忽略的气动干扰效应，从而使桥梁在单、双桥面状态时的颤振临界风速不同。以平胜桥主梁节段模型为基础的一系列风洞试验研究表明，平行双箱梁桥面主梁的颤振临界风速与两桥面之间的距离有关系，双桥面的颤振临界风速随两桥面之间距离D值的增大而增加。与单桥面状态相比较，平行双箱梁桥面的颤振导数也有相应的变化，且这种变化和两桥面之间的距离D也有关系。